多层螺旋CT低剂量扫描在CT引导下氩氦刀治疗肺癌时的应用价值

李胜鳌 李 琦 曹春婕 董洪瑜 李 杰 张秋奂 王京源 华海琴 王志群

(北京中医药大学东方医院放射科，北京 100078)

氩氦靶向肿瘤治疗术(简称氩氦刀)自1998年首次用于恶性肿瘤治疗至今，其通过超低温冷冻，可以准确灭活细胞，延长生存期，提高患者生存质量[1]。在CT引导下氩氦刀手术过程中，由于需要多次对手术区域进行重复性扫描以进行定位，术中、术后治疗效果评估，因此CT扫描辐射剂量大幅上升。本次研究基于此问题选用低剂量扫描方案，以期降低治疗中的辐射剂量，进而探讨低剂量CT在肺癌氩氦刀治疗术中应用的可行性。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取北京中医药大学东方医院2014年1月至2017年4月期间进行肺癌氩氦刀手术患者52名，采用数字表法随机选取22名患者采用胸部低剂量扫描方案(A组，男性10例，女性12例，年龄41～77岁，中位年龄61.5岁)；采用数字表法随机选取30名患者采用常规剂量扫描方案(B组，男性14例，女性16例，年龄34～78岁，中位年龄61岁)。其中A组鳞癌12例、腺癌10例，B组鳞癌17例、腺癌13例，所有患者均签署知情同意书。

1.2 材料与仪器

1.2.1 采用GE Discovery CT750 HD成像系统

A组采用低剂量扫描，参数：管电压120 kV、应用自动管电流调节技术(automatic tube current modulation，ATCM)范围 15～60 mA，螺距/床速(pitch/speed)0.984∶1，层厚5 mm，层间隔5 mm，重建肺窗、纵隔窗。B组采用常规剂量扫描，参数：管电压120 kV、ATCM管电流范围50～600 mA，螺距/床速(pitch/speed)0.984∶1，层厚5 mm，层间隔5 mm，重建肺窗、纵隔窗。

1.2.2 氩氦靶向肿瘤治疗系统

采用美国Endocare公司制造的Endocare-Ⅱ型4刀氩氦刀系统。冷媒为北京东方医用气体有限公司生产高压氩、高纯氦，高压氩压力：(35±0.5)MPa (20 ℃)，高纯氦：压力(15±0.5)MPa 纯度≥99．999%。氩氦刀规格1.7 mm、2.4 mm、3.0 mm。

1.2.3 术前及定位

患者健侧卧位，嘱患者平静呼吸，给予心电监护，开放静脉通路，血氧、血压监测。患者体表放置定位标记格栅，CT扫描定位手术区域，选择最优手术层面，计算进针角度、深度，根据肿块体积、质地、与相邻器官的位置关系，选择进针的位置、顺序。行局部麻醉，经数次CT引导，穿刺定位，定位完成后，将氩氦刀植入靶向位置，调整、固定。

1.2.4 冷冻治疗

开启氩氦靶向肿瘤治疗系统，对病灶实施冷冻。冷冻过程中进行CT扫描，根据肿瘤CT值变化，评估瘤体冷冻范围及冷冻程度，根据评估结果调整冷冻周期。达到预期效果后，手术结束，患者患侧卧位行胸部平扫，上至肺尖下至膈角，层厚5 mm，观察有无气胸、出血、血气胸等合并症发生。

1.3 图像分析评价内容

1.3.1 肺窗

CT机自动重建肺窗(窗宽1 600/窗位-650)，重建纵隔窗(窗宽350/窗位35)，层厚5 mm，层间隔5 mm。

1.3.2 辐射剂量

扫描完成后可记录扫描参数kV、mA、ms，查看剂量报告，辐射剂量指数(CT dose index volume，CTDIvol)，单位mGy、剂量长度乘积(dose length product，DLP)单位mGy·cm，由计算机自动生成。

1.3.3 肿瘤CT值测定

在重建图像上选取肿瘤直径最大层面密度均匀区域100 mm2圆形感兴趣区，分别测量冷冻前、冷冻后CT值。

1.3.4 图像质量客观评价

在两组重建图像上选取均匀组织进行测量。取双侧肌肉组织，感兴趣区范围100 mm2圆形区域，测量左右两侧的CT值和标准方差作为扫描图像的噪声指标。

1.3.5 图像质量评分(image quality scores，IQS)

隐藏两组患者图像扫描信息，随机排列图像顺序，由两名影像科医师采用双盲法进行独立阅片，分析肺窗、纵隔窗图像，并对所有图像进行评分，以两名医师评分的均值作为最终图像评分。采用横断面图像评价方法[2]：肺窗图像采用观察支气管、肺血管、肺裂及肺内病灶边缘锐利度5项评价，所得总分除以5获得每幅图像最后得分；纵隔窗图像采用观察心脏、肺门大血管、主动脉、胸壁骨和肌肉边缘的锐利程度及纵隔内结构(血管、气管、食道等)与邻近组织的对比程度4项进行评价，所得分数除以4为每幅图像得分。上述评分标准分为0～5分，5分：边缘清晰，无伪影；4分：边缘略模糊，无伪影；3分：边缘略模糊，少量伪影；2分：边缘模糊，中等量伪影；1分：大量伪影，纵隔结构无法显示。质量评分标准分为5级，5级优秀(4.50～5.00)，4级良好(3.50～4.49)，3级中等(2.50～3.49)，2级较差(1.50～2.49)，1级差(0.00～1.49)。

1.4 统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件。两组患者扫描辐射剂量指数CTDIvol、氩氦刀冷冻前后病灶CT值、图像噪声间的差异采用重复测量方差分析，图像质量评分采用非参数多个独立样本Kruskal-WallisH检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 辐射剂量指数

辐射剂量两组患者术中平均重复扫描6次，辐射剂量指数CTDIvol组间差异具有统计学意义(P<0.01)，A组较B组的辐射剂量指数下降80.90%(表1)。

2.2 肿瘤CT图像噪声比较

氩氦刀治疗前A组、B组肿瘤CT值间的差异无统计学意义(P>0.05),治疗后两组CT值的差异以及图像噪声值间差异均无统计学意义(P均>0.05)(表2)。

表1 扫描CTDIvol间的差异Tab.1 Differences between CTDIvol

表2 肿瘤CT值、图像噪声两组间的差异Tab.3 Difference of tumor CT value and image noise between two groups

2.3 图像评价

A组、B组肺纹理图像评分间差异有统计学意义(P=0.020)，B组评分优于A组，其余各项图像质量评分间差异无统计学意义(P均>0.05，表3，图1)。

表3 A组与B组图像评分间的差异Tab. 3 Differences of image scores between two groups

3 讨论

1998年10月，美国Endocare公司研发成功一种利用超低温介入冷-热消融靶向肿瘤治疗设备，简称美国氩氦刀(Endocare Cryocare TM Surgical System)经中国药监局批准于1999年10月引进中国。其工作原理为：依靠高压氩气在刀尖内急速释放、快速膨胀时吸收周围热量，十几秒内使周围组织温度下降至-120～-140 ℃低温，因组织温度的急速下降，冰晶在组织细胞、微动脉、微静脉内外快速形成，从而达到快速冷冻效果，之后高压氦气工作，快速升温致热。迅速冷-热交替过程中，会导致细胞膜破坏，细胞核破裂，细胞内蛋白质变性，线粒体消失等，最终致细胞死亡。CT影像上，经氩氦刀冷冻的肿瘤组织表现为组织密度减低，CT值下降，CT图像上被冷冻的密度减低区称为冰球，与未冷冻肿瘤组织相比较，冰球的范围、直径、边界清晰可见。现在，微创治疗技术在恶性肿瘤的治疗中已成为热点，作为一种先进的肿瘤微创治疗技术，氩氦刀具有适应证广、靶向性强、消融效果明显、不良反应小等优点，氩氦靶向消融技术在肿瘤治疗中应用广泛。

CT具有密度分辨率高，检查便利，成像速度快等优势[3]，在临床得到广泛应用。肺部病变的检查手段中，因CT所具有的高度敏感性，使其能够提供更多的诊断信息[4]。随着多层CT的普及，辐射剂量给人体带来的伤害也引起人们的重视，低剂量扫描技术逐渐被关注[5]。CT引导下氩氦刀治疗术是治疗恶性肿瘤的重要手段[6-7]，术中对病变的诊断已经不是主要内容，准确的定位穿刺，清晰显示氩氦刀工作产生的冰球范围是观察的重点，因此，在保证图像质量能够顺利完成手术的前提下，采用低剂量扫描方案，合理降低辐射剂量成为可能。

图1 肺纹理图像评价Fig.1 Pulmonary texture image evaluation

降低辐射剂量有很多方法，其中包括降低管电压、降低管电流、减少扫描时间、增大扫描螺距[7]、应用自动管电流调节技术自动管电流调节技术(automatic tube current modulation，ATCM)，达到个体优化等，每种方法都可以有效降低辐射剂量，且每种方法也有各自的不足。管电压下降会使辐射剂量下降，使X线穿透力降低，信噪比(signal-noise ratio，SNR)相应降低，组织对X线的吸收量增加；增大螺距(扫描床速与扫描层厚之间的比值)，使曝光量减少，降低辐射剂量，但Z轴分辨力也随之下降，氩氦刀治疗术穿刺定位过程中，观察针尖所处的位置十分重要，Z轴分辨力下降，会影响对针尖位置的观察，如果针尖超出预定位置，会使其对周围组织器官造成伤害的危险系数增加，如果针尖未达到预定位置，氩氦刀植入后，冰球冷冻范围不能覆盖肿瘤边缘，有可能残留肿瘤细胞，成为复发来源[8]，将直接影响手术效果；降低管电流可降低辐射剂量，也会降低图像信噪比，但在胸部，由于肺内含气量丰富，天然对比优良，CT扫描图像质量不会受到显著影响,被研究者[9-11]作为低剂量扫描应用的首选。

本研究选用降低管电流的方法，且选择ATCM 15～60 mA范围，通过降低管电流，完成个体优化，来达到降低辐射剂量的目的。CT引导下氩氦刀治疗术中，CT扫描需要完成穿刺定位、术中及术后对肿瘤冷冻效果评估两项主要内容。因此，在选择低剂量扫描条件时，需要兼顾肺窗和纵隔窗的图像质量。有文献[12]报道随着mA值降低，辐射剂量也随之降低，辐射剂量与mA量呈正比关系，管电流降至10 mA，在进行胸部活检穿刺时，肺窗图像依然能够清晰显示穿刺针的穿刺路径及与相邻重要组织结构的关系，可以保证穿刺顺利完成，但纵隔窗观察价值下降。低剂量扫描条件就常规剂量而言，图像显示特点表现：所得图像颗粒度粗、对比度降低、图像噪声增大、纵隔窗肺尖、肺底可出现条形伪影，在氩氦刀治疗术中，管电流选取范围过低，会导致纵隔窗图像质量的下降，不利于在纵隔窗上观察肿瘤的边界及形态，不利于观察冰球在瘤体中的覆盖范围，直接影响术中术后氩氦刀对肿瘤冷冻效果的评估。研究[11]显示，胸部低剂量CT扫描管电流选取范围为20～40 mA为理想条件，所获得的图像质量不会影响诊断的准确性，与常规剂量图像质量差异无统计学意义[13],考虑到穿刺针、氩氦刀在扫描过程中所产生的伪影对图像的影响，本研究将管电流设定为ATCM 15～60 mA范围，以满足不同观察窗的图像质量要求。本方法中图像评分结果为肺纹理评分B组优于A组，其余各项图像质量评分间差异无统计学意义(P均>0.05)。分析原因，由于mA值的降低使图像噪声增加，肺窗显示颗粒感稍重。综合考虑在纵隔、肿块、冰球及伪影方面，两组图像差异均无统计学意义，因此，低剂量扫描图像不影响手术进行。

肿瘤组织在冷冻后，细胞皱缩、脱水[14]，CT影像上CT值会发生改变，瘤体内CT值降低区域即为冰球形成覆盖的区域，手术过程中要根据冰球的大小来调整冷冻的时间和功率，有研究[15]显示，冰球边界内 8 mm球形范围内细胞可达到100%死亡，如果冰球覆盖不足，瘤灶边缘肿瘤细胞未能灭活，有可能出现原位复发和转移。因此，清晰显示冰球边界是评估手术效果的重要因素。在本方法中，肿瘤CT值两组结果显示分别为：A组治疗前(48.12±16.47)Hu，治疗后(-16.42±13.95)Hu；B组治疗前(46.74±10.79)Hu，治疗后(-14.22±7.83)Hu，治疗前后两组肿瘤CT值比较差异均无统计学意义(P>0.05)，且A、B两组治疗前后CT值降低幅度相当，差异无统计学意义(P>0.05)，不影响冷冻效果评估。

通过本方法扫描结果显示，单次扫描辐射剂量加权指数CTDIvol降低至(3.63±0.54)mGy，与常规剂量所得(18.99±5.20)mGy相比较，下降幅度为80.90%。

综上所述，本研究采用的低剂量扫描方案在肺肿瘤氩氦刀治疗术中，能够大幅度降低受检者辐射剂量，扫描图像质量能够完全满足临床诊断要求，穿刺路径显示清晰，冷冻效果显示准确，在胸部肺肿瘤氩氦刀治疗术中显示出了较好的应用价值。

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